[發(fā)明專利]一種多旋翼機的飛行品質(zhì)建模校核方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011209706.0
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112464359B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 辛冀;董圣華;劉衍濤;劉毅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國直升機設(shè)計研究所
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/28;G06F119/14
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 王世磊

本發(fā)明屬于多旋翼機技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種多旋翼機的飛行品質(zhì)建模校核方法，包括：S1，建立多旋翼機質(zhì)心的線運動動力學方程和繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動動力學方程；S2，建立三個姿態(tài)角的運動學方程，根據(jù)多旋翼機線運動動力學方程、繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動動力學方程、三個姿態(tài)角的運動學方程，得到關(guān)于多旋翼機九個運動狀態(tài)量的飛行動力學微分方程組；S3，對飛行動力學微分方程組進行配平，得到平衡狀態(tài)；S4，在平衡狀態(tài)下對所述飛行動力學微分方程組進行小擾動線化，并對多旋翼機的飛行品質(zhì)指標進行校核，直接從基礎(chǔ)物理理論層次對多旋翼干擾問題進行模擬，能夠考慮瞬態(tài)機動飛行和多旋翼干擾對旋翼氣動力的影響，得到準確的多旋翼干擾流場和氣動力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多旋翼機技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多旋翼機的飛行品質(zhì)建模校 核方法。

背景技術(shù)

以往的多旋翼機飛行品質(zhì)建模技術(shù)通常圍繞控制律設(shè)計開展，技術(shù)方法簡 單、考慮因素少—旋翼拉力按旋翼轉(zhuǎn)速二次方、功率按旋翼轉(zhuǎn)速三次方的正比 例關(guān)系直接給出，或者采用理想的小擾動動態(tài)入流方法。建立的多旋翼機飛行 品質(zhì)計算方法通常使用線性化的動力學模型，尚存在如下不足：

飛行品質(zhì)計算方法與空氣動力學關(guān)系密切，在多旋翼機旋翼轉(zhuǎn)速變化或機 身瞬態(tài)運動時，旋翼氣動力并非只與轉(zhuǎn)速有關(guān)，其變化量較大也不能歸結(jié)到小 擾動變化。上述公開技術(shù)的旋翼氣動力建模計算方法中，不能計入多旋翼機瞬 態(tài)運動對旋翼氣動力的影響，也不能計入多旋翼相互之間氣動干擾對旋翼氣動 力的影響，同時一般把旋翼槳葉根部視為剛性建模，忽視了目前越來越多的多 旋翼機旋翼采用鉸接式槳葉的現(xiàn)狀。這些因素導致旋翼氣動力建模計算誤差較 大。

飛行品質(zhì)計算方法用于計算多旋翼機飛行的平衡性、穩(wěn)定性和操縱性，在 多旋翼機氣動設(shè)計中，這些特性的建模計算精度直接決定著飛行控制設(shè)計的效 果。線性化的動力學模型不能準確地對多旋翼機自身飛行品質(zhì)中的穩(wěn)定性、操 縱性等技術(shù)指標進行仿真和校核，使設(shè)計的飛行控制效果變差。

隨著多旋翼機構(gòu)型變化多端、旋翼數(shù)量越來越多，對于多于四副旋翼的飛 行器，因其氣動操縱面(旋翼)多、機體運動自由度少，所以存在冗余操縱— 同一平衡飛行狀態(tài)下，存在多種操縱方案備選，因此需要一種優(yōu)化方法提出并 選擇操縱方案。這決定著多旋翼機在同一飛行狀態(tài)下功率消耗的大小和航程航 時的多少。但上述公開技術(shù)中未涉及相關(guān)的優(yōu)選方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種多旋翼機的飛行品質(zhì)建模校核方法，直接從基礎(chǔ)物理理 論層次對多旋翼干擾問題進行模擬，能夠考慮瞬態(tài)機動飛行和多旋翼干擾對旋 翼氣動力的影響，得到準確的多旋翼干擾流場和氣動力。

為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

一種多旋翼機的飛行品質(zhì)建模校核方法，所述方法包括：

S1，建立多旋翼機質(zhì)心的線運動動力學方程和繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動動力學方程；

S2，建立三個姿態(tài)角的運動學方程，根據(jù)多旋翼機線運動動力學方程、繞 質(zhì)心轉(zhuǎn)動動力學方程、三個姿態(tài)角的運動學方程，得到關(guān)于多旋翼機九個運動 狀態(tài)量的飛行動力學微分方程組；

S3，對飛行動力學微分方程組進行配平，得到平衡狀態(tài)；

S4，在平衡狀態(tài)下對所述飛行動力學微分方程組進行小擾動線化，并對多 旋翼機的飛行品質(zhì)指標進行校核。

本發(fā)明技術(shù)方案的特點和進一步的改進為：

(1)S1具體為：

定義機體坐標系(X，Y，Z)，X軸指向多旋翼機前飛方向，Z軸垂直機體平 面向上，Y軸則根據(jù)右手法則確定，機體坐標系的原點取在機體重心位置；

多旋翼機質(zhì)心的線運動動力學方程和繞質(zhì)心轉(zhuǎn)動動力學方程分別為：